Измерительная аппаратура: требования, порядок установки и проверка характеристик измерительного комплекса

Испытания автомобилей сопровождаются большим многообразием измерений. Преобладающими из них являются электрические, требования к которым: высокая точность, чувствительность, широкий диапазон измеряемых величин и возможность автоматической обработки полученных данных.

Типовая схема измерений неэлектрических величин электрическими методами включает первичный и промежуточный преобразователи и устройство для регистрации. Первичный преобразователь в зависимости от измеряемой величины создаёт электрический сигнал. Характерным примером такого преобразователя является тензорезистор, применяемый для измерения механических напряжений.

Самописцы, осциллографы, магнитографы и другие устройства предназначены для записи и хранения полученной информации в той или иной форме. Промежуточные преобразователи обеспечивают совместность работы первичных преобразователей и регистрирующих устройств. Примерами промежуточных преобразователей являются усилители, фильтры, переключающие устройства ит.д.

В некоторых случаях для использования электрических методов измерения применяют чувствительный элемент, который превращает одну измеряемую величину в другую, удобную для фиксирования её первичным преобразователем. Например, для измерения давления используют трубчатый чувствительный элемент, изменения напряжения в котором регистрируются тензорезисторами.

Общими требованиями, предъявляемыми к измерительной аппаратуре, являются: компактность, достаточная чувствительность и разрешающая способность, отсутствие восприимчивости к динамическим перегрузкам, вибрации, запылённости воздуха. Требование компактности вызвано отсутствием «свободного» места для размещения аппаратуры на сиденье в салоне легкового или кабине грузового автомобилей.

Порядок установки. Необходимость установки приборов в салоне или кабине диктуется недостаточной виброзащищённостью аппаратуры и высоким уровнем колебаний рамы и кузова. При выборе приборов для дорожных испытаний также необходимо учитывать возможность питания их от низковольтных источников тока. Разместив аппаратуру на автомобиле, следует надёжно закрепить приборы, исключая их произвольное перемещение. Особое внимание необходимо обратить на закрепление аккумуляторных батарей, используемых в качестве автономных источников питания, когда питание от бортовой сети автомобиля создаёт различные помехи, вызванные работой электрооборудования. В некоторых случаях помехи могут быть вызваны измерительными приборами, работающими от общего источника тока. Поэтому целесообразно применять специальные меры защиты или для каждого прибора использовать отдельный источник питания.

При установке аппаратуры в труднодоступном месте необходим пульт дистанционного управления, с помощью которого можно управлять приборами с рабочего места. Перед началом испытаний требуется рассчитать или предварительными экспериментами определить уровень измеряемых величин и их частоты, по которым выбирают коэффициент усиления, частотный диапазон, скорость записи и другие характеристики аппаратуры. Все эти данные учитывают при подборе и настройке аппаратуры.

Проверка характеристик измерительного комплекса проводится до начала и после проведения испытаний по следующим параметрам: коэффициент калибровки, амплитудно-частотная характеристика, величина погрешности.

Коэффициент калибровки является своего рода ценой деления всего измерительного комплекса и определяется отношением сигнала на входе ос (измеряемая величина) к выходному 5:

K=vc/S.

Входной сигнал ос рассчитывают или измеряют другим прибором с известной ценой деления. Перед калибровкой все органы настройки аппаратуры устанавливают в рабочее положение и они остаются неизменными до окончания испытаний. В процессе калибровки величину ос изменяют от нуля до таких значений, при которых линейная зависимость между сигналами входа и выхода нарушается. По результатам калибровки строят график (рис. 1). Задаваясь допустимым отклонением ДА' коэффициента К от постоянного значения (например, ДАТ = ±2%), можно определить пределы допустимых измерений как по выходному сигналу Sk, так и по измеряемой величине ос тах:

Ос max

При измерении величин, превышающих стстах, возникает погрешность, связанная с нелинейностью аппаратуры. Калибровку можно проводить при статическом и динамическом нагружении. При динамическом нагружении находят зависимость динамического коэффициента калибровки АГД от частоты измеряемого процесса Q.

Зная величины статического и динамического коэффициентов Кс и А?д(О), устанавливают величину Л(?2), определяющую амплитудно-частотную характеристику аппаратуры (АЧХ), представленную на рис. 2:

л(п)=^)=А-

Sc Е„(П)

Зависимости, получаемые при калибровке аппаратуры

Рис. 1. Зависимости, получаемые при калибровке аппаратуры:

  • 1 входного сигнала ос и выходного S;
  • 2 - коэффициента калибровки К и выходного сигнала 5

По этой характеристике несложно определить рабочий диапазон частот Qpa6 измеряемых процессов, если задаться допустимым отклонением ±ЛА коэффициента A(Q) от единицы. При измерении процессов, частоты которых находятся за пределами рабочего диапазона частот, погрешность будет связана с неравномерностью АЧХ.

Случайную погрешность исключают многократными измерениями одной и той же величины. Результаты этих измерений статистически обрабатывают и получают среднеарифметическую величину Е и её среднеквадратичное отклонение 5- :

Е

П

п __

/=1________________

п (п -1)

где п - число измерений; Kj - значение измеряемой величины в z-м измерении.

Зная зависимость плотности вероятностей отдельных измерений, можно определить действительное значение измеряемой величины с заданной точностью (рис. 3).

Амплитудно-частотная характеристика аппаратуры

Рис. 2. Амплитудно-частотная характеристика аппаратуры

Плотность распределения вероятностей

Рис. 3. Плотность распределения вероятностей

Это значит, что фактическое значение коэффициента с вероятностью Ф находится в доверительном интервале ±ґа8Е относительно средней величины Е (заштрихованная зона, рис. 3):

Кф = Ё ± /а5 Е , где ta - коэффициент, определяемый по таблицам Стьюдента в зависимости от числа измерений и заданной вероятности.

Вероятность Ф зависит от плотности вероятностей р(а) на участке доверительного интервала и от вида распределения случайной величины:

Ф = | p(a)da, -ta

где а. = (Кі-Е)/ЬЕ - аргумент нормированного распределения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >